Гидрофобизаторы на основе полиорганосилоксанов для изделий из дерева

Все промышленные гидрофобизаторы, которые используются для предотвращения водной и влагой составляют из олигомеров соединений кремния и органики или их водных и неводных растворов. Для гидрофобизации строительных материалов используют органосилоксаны содержащие группы, которые способны химически связываться с поверхностью материала: Si–OH, Si–H, Si–OCH3 и Si–OC2H5.

Розенкова И.В., кандидат химических наук, ген. директор ООО «НЕО+» (г. Санкт-Петербург)

Другие типы активных групп почти не используются из за сложности и дороговизны производства или малой устойчивости соответствующих соединений. Кроме того, используемые полиорганосилоксаны должны содержать в молекуле гидрофобный фрагмент, например, алкильную или арильную группу, R. Чаще всего R = CH3, C2H5 или C6H5. Таким образом, промышленные полиорганосилоксановые гидрофобизаторы содержат следующие фрагменты:

Под воздействием влаги, содержащейся в обрабатываемых материалах, и следов щелочей или кислот, вещества (II) и (III) превращаются в (I) (с одновременной полимеризацией). Активные группы Si–OH вещества (I) легко взаимодействуют с поверхностью строительного материала, образуя химически связанное покрытие, внешняя сторона которого состоит из гидрофобных группировок:

На самом деле процесс взаимодействия более сложен, поскольку полиорганосилоксановые молекулы не линейны, а представляют собой кольца, спирали и "клубки".

Благодаря "щетке" из групп R поверхность обработанного материала перестает смачиваться жидкой водой в той же мере, как, например, воск или парафин. Однако промежутки между группами R достаточно велики, поэтому не нарушается обмен газами (кислород, пары воды) между поверхностью и окружающей средой: поверхность "дышит".

В настоящее время, как правило, для гидрофобизации изделий из дерева используются водные растворы метилсиликонатов натрия или калия различной концентрации. Однако известно, что составы на водной основе малопригодны для гидрофобизации дерева, так как плохо проникают вглубь изделия и могут приводить к нежелательному изменению внешнего вида, к тому же эффективность их применения невысока [1]. Поэтому задача разработки гидрофобизатора на основе кремний-органических соединений для изделий из дерева по-прежнему остается актуальной.

В последнее время в России появились новые разработки, посвященные созданию высокоэффективных гидрофобизаторов-композиций на базе полиорганосилоксанов. Эти гидрофобизаторы представляют собой комплексные композиции, предназначенные для поверхностно объемной защиты от проникновения воды и влаги изделий из дерева и материалов на его основе (фанеры, ДСП и др.). Допустимо использование таких гидрофобизаторов для обработки бумаги, картона и других материалов на основе целлюлозы. Действующим началом композиций являются полиорганосилоксаны. Состав композиции: растворитель – активное вещество (полиорганосилоксан) – катализатор полимеризации. Эффективность действия композиции обусловлена специально подобранным соотношением компонентов.

Гидрофобизаторы-композиции проникают в поверхность материалов и закрепляются в них за счет образования химических связей с целлюлозными волокнами и одновременной полимеризацией. В результате образуется безвредное для человека и животных покрытие, обладающее высокой устойчивостью к внешним воздействиям. Дополнительно это покрытие предотвращает рост плесени, грибков и микроорганизмов на поверхности изделий. Так как действие гидрофобизаторов проявляется на молекулярном уровне, они не изменяют внешний вид изделия, его структуру и механические свойства. Стоимость компонентов таких гидрофобизаторов невысока, поэтому готовые композиции могут применяться в широком масштабе.

Установлено [2], что при кратковременном (2-6 часов) воздействии воды водопоглощение обработанных подобными гидрофобизаторами изделий из лиственных пород дерева уменьшается в 4-6 раз, из хвойных пород – в 2-4 раза, из фанеры – в 3-5 раз, из ДСП – в 15-25 раз.

Рисунок 1. Водопоглощение образцов древесностружечных плит.

На Рисунке 1 в качестве примера приведена зависимость водопоглощения образцов древесностружечных плит от времени выдержки под слоем воды. Видно, что эффективность композиции для гидрофобизации ДСП намного выше, чем действие стандартного гидрофобизатора на водной основе. Следует заметить, что водопоглощение измерялось при полном погружении образца под слой воды; при воздействии воды в капельном состоянии (дождь, роса и т.д.) эффективность композиции выше.

Очень высока эффективность композиции при обработке ДСП (Фото 1). Вместе с тем, гидрофобизирующие составы на основе кремнийорганических соединений не нашли должного применения в производстве ДСП и ДВП. Существует две группы методов гидрофобизации ДСП[1]: 1 – придание временной водостойкости, 2 - придание постоянной водостойкости. Для придания временной водостойкости вводятся вещества, обладающие гидрофобностью: парафин, церезин, воски и др. Эффект связан с заполнением поровых пространств плиты и ухудшением смачивания стенок капилляров древесины. Для придания постоянной водостойкости необходима блокировка гидроксильных групп компонентов древесины. Это достигается увеличением содержания синтетических смол или термической обработкой готовых плит, что приводит к удорожанию плиты и возрастанию эмиссии формальдегида. Поэтому большой интерес представляет достижение постоянной водостойкости путем применения кремнийорганических соединений.

Фото 1. Обрезок ДСП, правая половина которого была обработана гидрофобизатором-композицией, после выдержки под слоем воды.

В работе [3] проведено исследование свойств кремнийорганических гидрофобизаторов для древесных плит. Установлено, что наиболее перспективными для применения в технологии производства ДСП являются гидрофобизаторы-композиции группы НД-1. Они обладают значительным гидрофобным эффектом, имеют высокий сухой остаток, оказывают минимальное воздействие на замедление процесса отверждения карбамидной смолы, могут наноситься на древесные частицы методом пневматического распыления. Гидрофобизаторы НД-1 помимо основной водоотталкивающей функции могут выполнять роль модификаторов поверхности древесины для повышения прочности клеевого соединения (на 9-16%), что свидетельствует о возможности сокращения расхода смолы при изготовлении древесностружечных плит.

В работе [4] рассматриваются перспективы использования гидрофобизаторов НД-1 при изготовлении ДСП. По результатам выпусков опытно-промышленных партий древесно-стружечных плит с гидрофобизатором НД-1 установлено, что нанесение НД-1 на стружку внутреннего слоя в количестве 0,36–0,60% позволяет снизить расход карбамидоформальдегидной смолы во внутреннем слое на 10–20% без ухудшения физико-механических показателей плит. При условии добавления НД-1 и снижении расхода смолы показатели ДСП соответствуют ГОСТ 10632-2007. Добавление НД-1 не увеличивает влажность стружки внутреннего слоя, не влияет на работу оборудования цеха ДСП. При снижении расхода смолы в результате применения НД-1 содержание (выделение) формальдегида из ДСП уменьшается на 25–38%, что значительно улучшает санитарно-гигиеническую характеристику плиты.

Таким образом, показана эффективность применения гидрофобизатора-композиции для поверхностной обработки изделий из дерева и возможность применения гидрофобизаторов НД-1 для снижения токсичности древесностружечных плит.

* Олигомеры это соединения, занимающие по размеру молекул промежуточное положе-ние между мономерами и полимерами. Иными словами, олигомеры это полимеры с ма-ленькой длиной цепи.

Литература:

1. Семенов В.В. Гидрофобизация древесно-стружечных и древесноволокнистых плит кремнийорганическими мономерами и жидкостями [Текст] / В.В. Семенов // Химия растительного сырья. – 2009. – № 4. – С. 177–181.
2. Румянцев А.В., Розенкова И.В. Гидрофобизаторы "НЕОГАРД" для всех видов строительных материалов // Журнал Кровельные и изоляционные материалы.- 2008.-№5(23) .- с. 30-32.
3. Васильев В.В., Быстрова В.В., Розенкова И.В. Исследование свойств кремнийорганических гидрофобизаторов для древесных плит // Лесной журнал (в печати).
4. Розенкова И.В. Применение добавки марки НД-1 производства ООО «НЕО+» для снижения токсичности древесностружечных плит // Состояние и перспективы развития производства древесных плит: Сборник докладов 15-ой международной научно-практической конференции 21-22 марта 2012 года / под ред. В.П.Стрелкова.- Балабаново, 2012.- с.147-154.